曹永成 姜斌 吳瓊 孫鐵成

摘? 要：在以信息化、自動化、智能化為代表的新一代工業(yè)產(chǎn)業(yè)革命變革中，PLC作為工業(yè)控制器件，在自動化生產(chǎn)中起著核心控制作用，是電氣自動化專業(yè)的核心課程。文章在分析應(yīng)用類專業(yè)課程教學(xué)中常見問題的基礎(chǔ)上，根據(jù)成果導(dǎo)向理念反向推演教學(xué)過程，以PLC課程為改革平臺，以學(xué)生為中心，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)應(yīng)用能力建設(shè)，促進(jìn)PLC教學(xué)發(fā)展為目的進(jìn)行實(shí)踐嘗試，并為專業(yè)課程教學(xué)改革提供經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：PLC教育;成果導(dǎo)向理念;教學(xué)改革

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2096-000X（2019）09-0126-03

Abstracts： Changes have taken place in industry structure with characteristics of information， automation and intelligent. PLC， the most important controller in industry process， is also a core curriculum for electrical engineering major. This paper summarizes teaching experiences and problems， based on outcomes-based education， putting forward a new teaching module to improve student's application ability on PLC， and try to provide a method for professional curriculum reform.

Keywords： teaching PLC; Outcomes-Based Education; teaching reform

進(jìn)入21世紀(jì)，美國以搶占高端制造業(yè)為目標(biāo)的“再工業(yè)化”戰(zhàn)略、德國智能化工業(yè)4.0和《中國制造2025》的提出，都代表制造業(yè)向高端制造升級換代已經(jīng)開始，標(biāo)志著信息化、智能化、自動化為特征的工業(yè)產(chǎn)業(yè)革命變革已經(jīng)到來[1]。

一、PLC教學(xué)中存在的一些問題

可編程控制器（PLC）作為工業(yè)自動化控制系統(tǒng)的核心控制器件，在鋼鐵、汽車、石化、電力、交通等工業(yè)自動化領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，是自動化生產(chǎn)、精密設(shè)備的核心控制器，也是自動化、電氣工程專業(yè)的核心課程，PLC已成為電氣工程人員必須具備的技術(shù)能力之一[2]。雖然我教研組付出了大量的努力，然而，由于種種原因教學(xué)效果仍存在不盡如人意的地方。

（一）課程教育與專業(yè)能力培養(yǎng)的紐帶連接作用不明確

教學(xué)培養(yǎng)計(jì)劃的實(shí)現(xiàn)是一個系統(tǒng)工作，要由教學(xué)體系支撐落實(shí)，各門課程的設(shè)置以人才培養(yǎng)目標(biāo)為依據(jù)，課程對培養(yǎng)計(jì)劃的支撐作用是課程開設(shè)原因，要為教學(xué)目標(biāo)服務(wù)，學(xué)生學(xué)習(xí)的過程中不只學(xué)知識還要明白教學(xué)的目的所在。

倘若任課教師教學(xué)中以自己任教課程為主，忽略專業(yè)能力的培養(yǎng)目標(biāo)，過于強(qiáng)調(diào)本門課程知識的系統(tǒng)全面，容易忽略專業(yè)應(yīng)用體系建設(shè)，使各門課程缺少聯(lián)系的紐帶作用，各自為政，互不掛聯(lián)，則會使工程知識體系變得碎片化，各門課程知識不連貫，形不成體系，學(xué)生對專業(yè)不能建立全面的概念。

而且還存在任課教師間溝通不夠的問題，各門課程的尺度把握往往以任課教師個人理解為主，致使后續(xù)課程經(jīng)常發(fā)生需要給學(xué)生補(bǔ)充知識的現(xiàn)象，這都是課程間聯(lián)系不好的表現(xiàn)。

所以，在教學(xué)中單純教授本課程知識是不對的，還要將前、后課程的聯(lián)系和功用告訴學(xué)生，使學(xué)生明白專業(yè)課程在應(yīng)用中的功用和位置，并通過適當(dāng)?shù)木C合實(shí)訓(xùn)，強(qiáng)化各課間的配合紐帶作用。

（二）教師講授為主，學(xué)生學(xué)習(xí)能力培養(yǎng)不足

教學(xué)中滿堂灌的現(xiàn)象仍較常見，師生互動少。在目前專業(yè)課程課時(shí)不斷精簡的背景下，任課教師首先考慮的是按教學(xué)計(jì)劃完成教學(xué)任務(wù)的問題，教學(xué)中往往采用講授形式，將知識點(diǎn)依次羅列，造成滿堂灌的事實(shí)。但這種填鴨式教學(xué)只是將知識點(diǎn)轉(zhuǎn)達(dá)給學(xué)生，對學(xué)生的思維訓(xùn)練、應(yīng)用能力培養(yǎng)不足;且由于學(xué)生疲于在各科知識點(diǎn)間轉(zhuǎn)換，課堂參與不積極，師生互動不好。

教學(xué)過程是師、生共同完成的過程，學(xué)生是教學(xué)主體的理念為廣大教師所認(rèn)同。在授課課時(shí)減少的大背景下，發(fā)動學(xué)生參與教學(xué)過程，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力是目前教學(xué)可考慮的方向。

（三）知識轉(zhuǎn)化為工程能力弱

學(xué)習(xí)的目的是將知識轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，分析問題、解決問題的訓(xùn)練是學(xué)習(xí)能力培養(yǎng)的必要環(huán)節(jié)。

教學(xué)中，若教師的專注點(diǎn)集中在課程知識上，力求知識點(diǎn)的講解。學(xué)生記筆記、記重點(diǎn)、考知識，但這樣被動的學(xué)習(xí)并不能把知識轉(zhuǎn)化為應(yīng)用能力，知識轉(zhuǎn)化為工程應(yīng)用的訓(xùn)練少，造成理論知識不少，但解決實(shí)際問題能力不足[3]。

過于強(qiáng)調(diào)知識點(diǎn)，教學(xué)中容易把知識掌握與否簡單歸結(jié)為答案是否正確，這是把學(xué)習(xí)過程簡單化。通過背誦、記憶等辦法可以短時(shí)間提高答案正確率，但這樣的教學(xué)只是囫圇吞棗，不求甚解。教學(xué)的目的在于解決問題能力的培養(yǎng)，對工科專業(yè)來說就是工程應(yīng)用能力和學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)。

（四）評價(jià)考核手段缺乏

教學(xué)中，教師了解學(xué)生的手段主要是課題提問、批改作業(yè)、觀察學(xué)生上課狀態(tài)，或者在實(shí)驗(yàn)中能夠部分了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，但這種了解不全面，等到最后通過期末考試全局了解時(shí)，教學(xué)活動已經(jīng)進(jìn)行到最后階段，即使教師有好的想法也為時(shí)已晚。

通過以上現(xiàn)象分析，傳統(tǒng)教育的主要問題是教學(xué)著重于“向內(nèi)”，即教學(xué)目標(biāo)制定、教學(xué)過程的實(shí)施、教學(xué)考核等基本上以內(nèi)部的標(biāo)準(zhǔn)為出發(fā)點(diǎn)在運(yùn)行，對于畢業(yè)生是否適應(yīng)社會的需求則考慮較少，存在教學(xué)與社會脫節(jié)的問題。為適應(yīng)社會發(fā)展，院校在制定培養(yǎng)目標(biāo)時(shí)不但要“向內(nèi)看”，保持教學(xué)理念、辦學(xué)特色、專業(yè)強(qiáng)項(xiàng)，還需“向外看”，將教育目標(biāo)與社會需求相聯(lián)系，以社會需求為導(dǎo)向，推進(jìn)教學(xué)工作的發(fā)展，使學(xué)生不但能學(xué)得會，還要學(xué)有所用。

二、以學(xué)習(xí)產(chǎn)出思維探索PLC課程改革與實(shí)踐

社會的發(fā)展、技術(shù)的進(jìn)步推動教學(xué)工作需要不斷進(jìn)行改進(jìn)。學(xué)習(xí)成果產(chǎn)出的教育模式（Outcomes-Based Education，縮寫為OBE）代表了社會需求對教育的新需求。OBE所強(qiáng)調(diào)的核心理念是：成果導(dǎo)向、以學(xué)生為中心、持續(xù)改進(jìn)。在OBE教育模式中，學(xué)生“學(xué)到了什么”和“是否成功”遠(yuǎn)比“怎樣學(xué)習(xí)”和“什么時(shí)候?qū)W習(xí)”重要[4]。學(xué)習(xí)產(chǎn)出教育是面向工業(yè)發(fā)展需求，以學(xué)習(xí)產(chǎn)出為目標(biāo)驅(qū)動整個教學(xué)活動和以學(xué)生學(xué)習(xí)效果為評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的教育模式。

本文根據(jù)OBE理念，以2016級電氣工程學(xué)生PLC課程教學(xué)為改革平臺，按照教學(xué)目標(biāo)反向設(shè)計(jì)課程的教學(xué)過程，并進(jìn)行了改革嘗試。以成果導(dǎo)向反向設(shè)計(jì)課程，針對傳統(tǒng)教學(xué)中存在的不合適的教學(xué)方法，設(shè)計(jì)了新的教學(xué)模式，具體工作解決了4個核心問題：

（一）學(xué)習(xí)成果是什么？

學(xué)習(xí)成果是學(xué)生通過教學(xué)后的最終目標(biāo)，也是教學(xué)成果的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。電氣專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)是面向地方經(jīng)濟(jì)建設(shè)、企業(yè)發(fā)展的技術(shù)型人才，具有較強(qiáng)的專業(yè)應(yīng)用實(shí)踐能力和設(shè)計(jì)能力、一定的創(chuàng)新意識。

PLC課程目標(biāo)定位，經(jīng)過PLC課程學(xué)習(xí)，學(xué)生具有PLC應(yīng)用能力，能夠應(yīng)用PLC基本理論進(jìn)行邏輯分析，具有一定的設(shè)計(jì)能力，能根據(jù)工藝要求完成PLC控制設(shè)計(jì)，具有一定的創(chuàng)新型思維能力。

具體目標(biāo)分解為以下幾個方面：具有分析能力，能根據(jù)工藝要求進(jìn)行總結(jié)歸納分析;具有一定的設(shè)計(jì)和操作能力，能應(yīng)對常見的邏輯問題和簡單的控制;可以依據(jù)理論完善設(shè)計(jì)過程;團(tuán)隊(duì)合作能力建設(shè)。

（二）如何讓學(xué)生理解取得這些學(xué)習(xí)成果的必要性

學(xué)生是學(xué)習(xí)活動的主體，學(xué)生主動參與是知識能力水平提高的重要因素，讓學(xué)生理解學(xué)習(xí)PLC的必要性是開課初期首先要解決的事情，為此我們主要從以下兩方面做工作。

1. 可編程控制器（PLC）是專為工業(yè)環(huán)境而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算控制器，已經(jīng)成為工業(yè)自動化生產(chǎn)線的核心控制器件，廣泛應(yīng)用在鋼鐵、汽車、機(jī)械制造、石化、電力、機(jī)器人等領(lǐng)域。隨著“中國制造2025”計(jì)劃的展開，我國作為制造業(yè)大國， PLC的應(yīng)用范圍會越來越寬廣。未來制造業(yè)將以信息化、智能化、自動化為主要特征，PLC控制技術(shù)是電氣專業(yè)學(xué)生必會技能。

2. 讓學(xué)生做PLC就業(yè)調(diào)查活動，利用外部的需求信息推動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。調(diào)查活動可以通過多種渠道實(shí)現(xiàn)：網(wǎng)絡(luò)渠道檢索，如智聯(lián)招聘、58同城等;從事電氣的親屬、朋友回饋直接信息;請企業(yè)人員來校作報(bào)告。調(diào)研內(nèi)容包括從事的行業(yè)、職業(yè)、薪資、職業(yè)發(fā)展等多個方面，以實(shí)際需求刺激學(xué)生學(xué)習(xí)的欲望。

（三）如何有效幫助學(xué)生有效學(xué)習(xí)

Bloom將知識分為：記憶，理解，應(yīng)用，分析，評價(jià)，創(chuàng)造6個層次。在教學(xué)中若只專注在知識點(diǎn)的教學(xué)上，則對應(yīng)的知識轉(zhuǎn)化層次無疑是較低的。根據(jù)能力和應(yīng)用的培養(yǎng)目標(biāo)，我們在課程進(jìn)行時(shí)注意了知識轉(zhuǎn)化的問題，具體從以下幾個方面實(shí)現(xiàn)：

1. 教學(xué)角度以學(xué)生為主體

學(xué)習(xí)是學(xué)生的學(xué)習(xí)，要以學(xué)生為主體，教師需要從初學(xué)者的角度看待問題，從應(yīng)用的角度串接課程知識點(diǎn)，逐漸加深課程難度，循序漸進(jìn)推進(jìn)課程內(nèi)容;在課時(shí)縮減的情況下更要打破教材原有章節(jié)結(jié)構(gòu)，不搞各章課時(shí)平攤;發(fā)揮學(xué)生的自學(xué)能力，可以交代學(xué)生自學(xué)內(nèi)容，上課時(shí)以討論的形式來理解消化知識，而不是知識點(diǎn)的灌輸。

現(xiàn)有教材結(jié)構(gòu)強(qiáng)調(diào)知識結(jié)構(gòu)的完整，各知識點(diǎn)間連貫性不好，容易使學(xué)生摸不著頭腦。這時(shí)可以按工程應(yīng)用順序取舍，編排知識點(diǎn)的學(xué)習(xí)順序，做到知識點(diǎn)學(xué)完要配合小的工程目標(biāo)訓(xùn)練，及時(shí)反饋學(xué)生的知識理解。反對按步就章授課，會造成應(yīng)用內(nèi)容不連貫，學(xué)生往往還需要從各章節(jié)中抽出應(yīng)用部分重新貫通，反倒事倍功半。

例如初學(xué)從硬件結(jié)構(gòu)入手，隨后帶入PLC工作原理和軟存儲器區(qū)間知識，然后轉(zhuǎn)到I/O分配和端口接線。這時(shí)可以設(shè)計(jì)一盞燈的點(diǎn)亮控制題目，先從PLC I/O地址分配講起，引申到PLC輸入輸出接線電路接線，簡單的輸入、輸出指令寫法，再順勢講解PLC循環(huán)掃描的工作原理，這樣的學(xué)習(xí)順序是與教材的章節(jié)順序不符，甚至順序反復(fù)錯亂的，但通過一次課的內(nèi)容可以穿洞多個知識點(diǎn)，知識點(diǎn)內(nèi)容連貫，比讓學(xué)生枯燥記憶知識點(diǎn)、再重新串接要簡單而連貫。

2. 邊學(xué)邊練，給學(xué)生思考、討論的時(shí)間

邊學(xué)邊練是知識由記憶向應(yīng)用分析轉(zhuǎn)化的好辦法。根據(jù)知識層次劃分，記憶理解只是知識學(xué)習(xí)的較低層次，需要向高層次轉(zhuǎn)化，邊學(xué)邊練是個好辦法，通過在教學(xué)中的練習(xí)，可以實(shí)現(xiàn)師生的積極互動，這時(shí)更容易引發(fā)學(xué)生的求知欲，在不斷的為什么提問中，知識點(diǎn)理解、應(yīng)用都會不斷提高。

每一階段指導(dǎo)教師配合學(xué)習(xí)內(nèi)容設(shè)置練習(xí)內(nèi)容，及時(shí)跟蹤學(xué)生動態(tài)，以學(xué)會應(yīng)用為主。反之，簡單公布標(biāo)準(zhǔn)答案，學(xué)生知識掌握上仍會停留在知道上，對知識轉(zhuǎn)化提高不大。

學(xué)用結(jié)合，給學(xué)生思考、討論的時(shí)間，課上可以解決的不留到課下完成，課后時(shí)間主要用于鞏固知識和閱讀參考書籍開拓視野。

3. 發(fā)散思維，注意創(chuàng)新能力的培養(yǎng)

創(chuàng)新能力不可能從無到有，需要不斷的教育培養(yǎng)。在課程中可以適當(dāng)做引申環(huán)節(jié)，引導(dǎo)學(xué)生做發(fā)散性思維，即一題多問、一題多解，多問“這樣行不行”和“為什么”。讓學(xué)生認(rèn)識到知識是需要活學(xué)活用，不是一成不變的，需要經(jīng)常性的換個思路問行不行，只有保持活躍的思維習(xí)慣，才可以把知識活學(xué)活用。

4. 團(tuán)隊(duì)合作能力培養(yǎng)，帶動每個學(xué)生進(jìn)步

在教學(xué)中，學(xué)生的進(jìn)度總是參差不齊，但我們的教育目標(biāo)是保證每個學(xué)生獲得工程實(shí)踐的能力。為帶動每個學(xué)生進(jìn)步，提高他們的積極性，我們設(shè)計(jì)了團(tuán)隊(duì)學(xué)習(xí)的辦法。

學(xué)習(xí)中一般以4人為一個小組，以小組為單位解決問題。為帶動組員共同進(jìn)步，組員按組就近入座，方便共同討論;組員的成績以小組成績?yōu)闇?zhǔn)，提問評判的時(shí)候每小組只能出1名組員，且必須輪流回答問題，保證每人都回答問題;以小組為單位評分，使組員互相幫助、共同帶動。

團(tuán)隊(duì)合作和小組討論，可以把組員的積極性調(diào)動起來，相互間由于熟悉的緣故可以大膽交流，對學(xué)習(xí)知識的理解會更充分。加上以小組為單位評分，組員互相幫助，可以拉齊進(jìn)度，實(shí)現(xiàn)保證每個學(xué)生獲得工程能力的目標(biāo)。

5. 實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)要同步

實(shí)驗(yàn)過程是知識驗(yàn)證的最好方式，實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)要與課程進(jìn)度同步。遵循由簡單到復(fù)雜的順序原則，先從基本指令實(shí)驗(yàn)開始，逐步轉(zhuǎn)為設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。開始時(shí)指導(dǎo)教師的工作是讓學(xué)生熟悉PLC器件和編程軟件，隨后可以進(jìn)行電機(jī)控制、四節(jié)傳動、液體混合等實(shí)驗(yàn)。工作重點(diǎn)逐漸由跟蹤輔導(dǎo)，到要點(diǎn)指導(dǎo)，再到只做驗(yàn)收工作，最后指導(dǎo)教師放手，由學(xué)生獨(dú)立進(jìn)行，知識層次實(shí)現(xiàn)向設(shè)計(jì)、創(chuàng)造轉(zhuǎn)化。

6. 立足課程，謀求專業(yè)發(fā)展

電氣控制行業(yè)不斷有新技術(shù)產(chǎn)品被開發(fā)利用，控制手段和方式不斷發(fā)生變革。專業(yè)技術(shù)課程內(nèi)容需要緊跟行業(yè)發(fā)展進(jìn)步腳步，不斷將新的知識補(bǔ)充進(jìn)課程體系中來，根據(jù)應(yīng)用需要及時(shí)加強(qiáng)或開設(shè)新的課程。

生產(chǎn)過程的大規(guī)?；⒕W(wǎng)絡(luò)化和生產(chǎn)模式向訂單式發(fā)展，要求電氣從業(yè)人員對工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用水平越來越高。新推出的PLC產(chǎn)品都將以太網(wǎng)通信作為必備基本功能，隨之而來的器件組態(tài)、網(wǎng)絡(luò)通信、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控、數(shù)據(jù)存儲，以及互聯(lián)網(wǎng)與工業(yè)以太網(wǎng)接口產(chǎn)生的安全問題都是PLC教學(xué)中需要加強(qiáng)的方向。

當(dāng)知識集中在某個方面時(shí)可以考慮開設(shè)新課程，如我專業(yè)新開課程《力控組網(wǎng)控制技術(shù)》，專門學(xué)習(xí)使用力控組態(tài)軟件完成遠(yuǎn)程監(jiān)控、遠(yuǎn)程控制，數(shù)據(jù)采集處理技術(shù)。

（四）如何知道學(xué)生已取得這些成果

除了平時(shí)出勤、作業(yè)、期末考試等常見的教學(xué)考評之外，我們加強(qiáng)了練評結(jié)合，做好過程評價(jià)。

學(xué)生是教學(xué)活動的主體的教育理念已經(jīng)深入人心，學(xué)生掌握工程能力是教學(xué)的目標(biāo)和教學(xué)效果的考核標(biāo)準(zhǔn)，這個考核標(biāo)準(zhǔn)不能等期末考試完成，在教學(xué)中學(xué)生的學(xué)、練應(yīng)占同樣比例，通過學(xué)生課堂練習(xí)及時(shí)發(fā)現(xiàn)知識點(diǎn)理解的偏差，在教學(xué)中通過經(jīng)常性的學(xué)練活動可以直觀了解學(xué)生的掌握情況，教師能根據(jù)實(shí)際調(diào)整教學(xué)進(jìn)度和內(nèi)容，使學(xué)生能夠跟上教學(xué)進(jìn)度，掌握基本的工程能力;同時(shí)，練評結(jié)合，對典型的錯誤案例需要引導(dǎo)學(xué)生找出錯誤原因，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，加以改正。

做好過程考核工作，相對于試卷分析了解學(xué)生狀態(tài)，過程狀態(tài)總結(jié)更有利于及時(shí)了解學(xué)生的實(shí)際學(xué)習(xí)狀態(tài)，以便教師及時(shí)調(diào)整教學(xué)進(jìn)度和內(nèi)容。

根據(jù)成果導(dǎo)向理念，我們對教學(xué)工作中存在的問題進(jìn)行了總結(jié)分類，并依據(jù)成果導(dǎo)向理念反推教學(xué)過程，建立學(xué)生主導(dǎo)地位思想觀念，為提高學(xué)生積極性做了一系列的研究討論，并在2016級電氣工程PLC教學(xué)中進(jìn)行了實(shí)踐嘗試。與往屆學(xué)生對比，學(xué)生參與教學(xué)熱情和知識應(yīng)用能力上有明顯提高，主要表現(xiàn)在課堂師生互動、課上練習(xí)完成和實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)中，參與積極性明顯提高，通過團(tuán)隊(duì)教學(xué)辦法學(xué)生學(xué)習(xí)掉隊(duì)的減少，語言溝通表達(dá)能力增強(qiáng)，學(xué)習(xí)能力提高，專業(yè)自信心增強(qiáng)，結(jié)課成績較往年提高。同時(shí)教學(xué)中也存在可供學(xué)生訓(xùn)練的工程案例準(zhǔn)備不充足的實(shí)際問題，需要以后不斷改進(jìn)。

三、結(jié)束語

學(xué)習(xí)產(chǎn)出理念對于應(yīng)用技術(shù)性課程是先進(jìn)的教學(xué)理念，這種理念考慮了外部企業(yè)對教學(xué)的改進(jìn)需求，傳統(tǒng)的以知識教育為主的教學(xué)模式和教學(xué)方法已不適應(yīng)行業(yè)發(fā)展需求，引入成果導(dǎo)向理念使教育成果更適應(yīng)社會需求。PLC作為電氣工程專業(yè)的核心課程，在工業(yè)自動化控制方向有著重要的作用，通過課程改革嘗試提高了學(xué)生的知識轉(zhuǎn)化層次和學(xué)習(xí)應(yīng)用能力，同時(shí)也為后續(xù)課程教學(xué)改革探索提供了可行經(jīng)驗(yàn)。

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